(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される送電側共鳴コイルと、受電側装置の受電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、
前記マンホールの蓋の半径をＲ１、前記受電側共鳴コイルの半径をＲ２、前記マンホールの蓋のある平面と前記受電側共鳴コイルの中心との距離をＤ１、当該蓋の中心を鉛直方向に通る中心線と前記受電側共鳴コイルの中心を鉛直方向に通る直線との間の距離をＤ２、前記受電側共鳴コイルの鉛直方向に対する傾きをθ（０〜90度の範囲）としたときに、
前記受電側共鳴コイルは、前記マンホールの蓋の下部の首部に納まる設置条件として
Ｒ１≧Ｄ２＋Ｒ２・cosθ                   …(1) 
Ｄ１≧Ｒ２・sinθ                         …(2) 
を満たし、さらに前記受電側共鳴コイルと前記送電側共鳴コイルとを結ぶ仮想円筒と前記マンホールの蓋が重ならない条件として
Ｄ１・tanθ＋Ｄ２≧Ｒ２／cosθ＋Ｒ１      …(3) 
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以上で設置され、
前記送電側共鳴コイルは前記受電側共鳴コイルと対向して設置される
ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の共鳴型無線電力伝送装置において、
前記送電側共鳴コイルと前記受電側共鳴コイルとの間で共鳴現象による給電または信号伝送が可能な間隔の上限値をＤsrとしたときに、
前記受電側共鳴コイルは、前記送電側共鳴コイルとの間隔が前記上限値Ｄsrを超えない条件として
Ｄsr≧Ｄ１／cosθ＋Ｒ２・tanθ            …(4) 
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以下で設置され、
前記送電側共鳴コイルは、前記受電側共鳴コイルとの間隔がＤsr以下の位置に対向して設置される
ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
【請求項３】
マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される送電側共鳴コイルと、受電側装置の受電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、
前記マンホールの蓋の半径をＲ１、前記受電側共鳴コイルの半径をＲ２、前記マンホールの蓋のある平面と前記受電側共鳴コイルの中心との距離をＤ１、当該蓋の中心を鉛直方向に通る中心線と前記受電側共鳴コイルの中心を鉛直方向に通る直線との間の距離をＤ２、前記マンホールの蓋の厚さをδ、前記マンホールの蓋の枠の厚さをＤ３、前記受電側共鳴コイルの鉛直方向に対する傾きをθ（０〜90度の範囲）としたときに、
前記受電側共鳴コイルは、前記マンホールの蓋の下部の首部に納まる設置条件として
Ｒ１≧Ｄ２＋Ｒ２・cosθ                   …(1) 
Ｄ１≧Ｒ２・sinθ＋δ                     …(2')
を満たし、さらに前記受電側共鳴コイルと前記送電側共鳴コイルとを結ぶ仮想円筒と前記マンホールの蓋が重ならない条件として
Ｄ１・tanθ＋Ｄ２≧Ｒ２／cosθ＋Ｄ３・tanθ＋Ｒ１    …(3')
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以上で設置され、
前記送電側共鳴コイルは前記受電側共鳴コイルと対向して設置される
ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
【請求項４】
請求項３に記載の共鳴型無線電力伝送装置において、
前記送電側共鳴コイルと前記受電側共鳴コイルとの間で共鳴現象による給電または信号伝送が可能な間隔の上限値をＤsrとしたときに、
前記受電側共鳴コイルは、前記送電側共鳴コイルとの間隔が前記上限値Ｄsrを超えない条件として
Ｄsr≧Ｄ１／cosθ＋Ｒ２・tanθ            …(4) 
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以下で設置され、
前記送電側共鳴コイルは、前記受電側共鳴コイルとの間隔がＤsr以下の位置に対向して設置される
ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホール外の送電側装置からマンホール内の受電側装置へ電磁誘導方式により給電するとともに、送電側装置と受電側装置との間で電磁誘導方式により通信を行う共鳴型無線電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の２次電池の充電や、非接触ＩＣカード、ＲＦＩＤタグ等への電力供給には、有線接続を要しない給電方法が採用されている。これは電磁誘導方式によるもので、送電側と受電側とにコイルを配置し、両者が近接して送電側コイルの磁束が受電側コイルを通過することで、受電側に電力が伝送される（非特許文献１）。電磁誘導方式は一般に、十分な伝送効率を得るために、送受信コイルは近接して漏れ磁束を少なくする方法がとられる。さらに、近年では、ある程度（例えば２〜３ｍ）の伝送距離を有する場合でも高い給電効率が得られる共鳴型無線電力伝送装置が提案されている（非特許文献２）。
【０００３】
図９は、共鳴型無線電力伝送装置の構成例を示す。
図９において、送電側装置１０の電源１１に接続される送電側コイル１３と受電側装置２０の負荷２３に接続される受電側コイル２２が、それぞれ送電側共鳴コイル１４および受電側共鳴コイル２１を介して共鳴現象により電磁誘導で電気的に結合し、電源１１から負荷２３に電力が伝達される。共鳴は特定の周波数でのみ発生する。共鳴コイルのＳパラメータ(S21) の例を図１０に示す。図よりピークが得られる周波数は限定的であること、負荷に依存してピークの周波数が変動することがわかる。また、ピークの周波数は、送電側装置１０と受電側装置２０との間隔によっても変動する。
【０００４】
ところで、マンホール内で収集されるセンサ情報等をマンホールの出入り口の蓋を開けずに、例えば上記の共鳴型無線電力伝送装置で供給する電力を用いてそのセンサ情報等を送信させて収集できれば、マンホールを保守点検する作業が大幅に簡易になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】苅部浩、「非接触ICカード設計入門」、日刊工業新聞社．
【非特許文献２】Aristeidis Karalis, J.D. Joannopoulos and Marin Soljacic, 'Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer,' Annals of Physics, Vol.323 Issue 1, pp.34-48, Apr 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マンホールの内外で電磁誘導方式により給電や通信を行う場合、マンホール内の電子機器の動作に十分な電力を安定して供給し、また伝送信号を復調するための十分な受信レベルの確保が必要になる。
【０００７】
しかし、マンホールには鋳鉄製の厚い蓋があり、この蓋により磁力線が吸収されるために十分な給電電力や信号電力を得ることが困難であった。すなわち、マンホールの上から電磁誘導方式により給電しようとしても、マンホール内で十分な駆動電力が得られなかったり、無線信号の大幅な減衰により十分な受信レベルが得られず、所定の通信品質を確保することができなかった。
【０００８】
本発明は、マンホール外の送電側装置とマンホール内の受電側装置との間で、電磁誘導方式により給電および通信を安定して行うことができる共鳴型無線電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される送電側共鳴コイルと、受電側装置の受電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、マンホールの蓋の半径をＲ１、受電側共鳴コイルの半径をＲ２、マンホールの蓋のある平面と受電側共鳴コイルの中心との距離をＤ１、当該蓋の中心を鉛直方向に通る中心線と受電側共鳴コイルの中心を鉛直方向に通る直線との間の距離をＤ２、受電側共鳴コイルの鉛直方向に対する傾きをθ（０〜90度の範囲）としたときに、受電側共鳴コイルは、マンホールの蓋の下部の首部に納まる設置条件として
Ｒ１≧Ｄ２＋Ｒ２・cosθ                   …(1) 
Ｄ１≧Ｒ２・sinθ                         …(2) 
を満たし、さらに受電側共鳴コイルと送電側共鳴コイルとを結ぶ仮想円筒とマンホールの蓋が重ならない条件として
Ｄ１・tanθ＋Ｄ２≧Ｒ２／cosθ＋Ｒ１      …(3) 
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以上で設置され、送電側共鳴コイルは受電側共鳴コイルと対向して設置される。
【００１０】
第１の発明の共鳴型無線電力伝送装置において、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルとの間で共鳴現象による給電または信号伝送が可能な間隔の上限値をＤsrとしたときに、受電側共鳴コイルは、送電側共鳴コイルとの間隔が上限値Ｄsrを超えない条件として
Ｄsr≧Ｄ１／cosθ＋Ｒ２・tanθ            …(4) 
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以下で設置され、送電側共鳴コイルは、受電側共鳴コイルとの間隔がＤsr以下の位置に対向して設置される。
【００１１】
第２の発明は、マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される送電側共鳴コイルと、受電側装置の受電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、マンホールの蓋の半径をＲ１、受電側共鳴コイルの半径をＲ２、マンホールの蓋のある平面と受電側共鳴コイルの中心との距離をＤ１、当該蓋の中心を鉛直方向に通る中心線と受電側共鳴コイルの中心を鉛直方向に通る直線との間の距離をＤ２、マンホールの蓋の厚さをδ、マンホールの蓋の枠の厚さをＤ３、受電側共鳴コイルの鉛直方向に対する傾きをθ（０〜90度の範囲）としたときに、受電側共鳴コイルは、マンホールの蓋の下部の首部に納まる設置条件として
Ｒ１≧Ｄ２＋Ｒ２・cosθ                   …(1) 
Ｄ１≧Ｒ２・sinθ＋δ                     …(2')
を満たし、さらに受電側共鳴コイルと送電側共鳴コイルとを結ぶ仮想円筒とマンホールの蓋が重ならない条件として
Ｄ１・tanθ＋Ｄ２≧Ｒ２／cosθ＋Ｄ３・tanθ＋Ｒ１    …(3')
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以上で設置され、送電側共鳴コイルは受電側共鳴コイルと対向して設置される。
【００１２】
第２の発明の共鳴型無線電力伝送装置において、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルとの間で共鳴現象による給電または信号伝送が可能な間隔の上限値をＤsrとしたときに、受電側共鳴コイルは、送電側共鳴コイルとの間隔が上限値Ｄsrを超えない条件として
Ｄsr≧Ｄ１／cosθ＋Ｒ２・tanθ            …(4) 
となるマンホール内の位置Ｄ１，Ｄ２に傾きθ以下で設置され、送電側共鳴コイルは、受電側共鳴コイルとの間隔がＤsr以下の位置に対向して設置される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、マンホールの蓋の影響を回避するように受電側共鳴コイルの位置および傾きを設定するので、マンホール外の送電側装置とマンホール内の受電側装置との間で、電磁誘導方式により給電および通信を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の共鳴型無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の共鳴型無線電力伝送装置とマンホールの位置関係１を示す図である。
【図３】本発明の共鳴型無線電力伝送装置とマンホールの位置関係２を示す図である。
【図４】本発明の共鳴型無線電力伝送装置とマンホールの位置関係３を示す図である。
【図５】送信データと受信波形の例１を示す図である。
【図６】送信データと受信波形の例２を示す図である。
【図７】送信データと受信波形の例３を示す図である。
【図８】復調部１２の構成例を示す図である。
【図９】共鳴型無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
【図１０】共鳴コイルのＳパラメータ（Ｓ21）の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の共鳴型無線電力伝送装置の構成例を示す。
図１において、共鳴型無線電力伝送装置は、電力の送電を担う送電側装置１０と、送電された電力を受け取る受電側装置２０とからなり、受電側装置２０から送電側装置１０に送信データを伝送するための構成を含む。送電側装置１０から受電側装置２０への電力、送信データの流れが下り、受電側装置２０から送電側装置１０への送信データの流れが上りである。
【００１６】
送電側装置１０は、電源１１、受電側装置２０から送られた上り送信データを復元する復調部１２、送電側コイル１３、送電側共鳴コイル１４、電源１１の電源周波数を調整する周波数調整部１５を備える。受電側装置２０は、受電側共鳴コイル２１、受電側コイル２２、負荷２３、抵抗２４、スイッチ２５、制御部２６を備える。送電側コイル１３と送電側共鳴コイル１４とは電磁誘導で電気的に結合している。送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１とは共鳴により電気的に結合している。受電側共鳴コイル２１と受電側コイル２２とは電磁誘導で電気的に結合している。これにより電源１１から負荷２３および制御部２６に給電することができる。
【００１７】
ここで、簡単のため負荷２３単体のインピーダンスは不変とし、図中のＢ−Ｂ’から右側をみたインピーダンスを負荷インピーダンスと呼ぶ。負荷インピーダンスは、スイッチ２５のオンオフで抵抗２４の通過の有無を選択することにより、２つの状態を取り得る。制御部２６は、送信データに応じてスイッチ２５をオンオフし、負荷インピーダンスを変化させる構成である。ただし、本実施例の構成では、スイッチ２５がオンの場合もオフの場合も負荷２３への接続は開放されないため、負荷２３への電力供給は継続される。
【００１８】
なお、図１の構成では、抵抗２４とスイッチ２５が並列に接続され、抵抗２４と負荷２３とが直列に接続されているが、抵抗２４とスイッチ２５を直列に接続し、抵抗２４と負荷２３とを並列に接続してもよい。さらに、抵抗と容量の可変構成により回路定数ＣＲを調整する構成としてもよい。
【００１９】
受電側装置２０と送電側装置１０とは電気的に結合しているため、負荷インピーダンスの変化は送電側装置１０のＡ−Ａ’から受電側装置２０をみたインピーダンスの変化となり、電流または電圧の変化として現れる。復調部１２はこの変化を検出し、受電側装置２０から送信された送信データを復元する。送信データの伝送原理についての詳細は後述する。
【００２０】
図２は、本発明の共鳴型無線電力伝送装置とマンホールの位置関係１を示す。
図２において、ここでは簡単のために、共鳴型無線電力伝送装置として送電側装置１０の送電側共鳴コイル１４と受電側装置２０の受電側共鳴コイル２１のみを示す。マンホールは、人が出入りする首部３１とマンホール本体３２から構成され、首部３１の上部に蓋３３が設けられる。
【００２１】
ここで、マンホールの蓋３３の半径をＲ１、マンホール内に設置される受電側共鳴コイル２１の半径をＲ２、蓋３３のある平面Ｌ０と受電側共鳴コイル２１の中心との距離をＤ１、蓋３３の中心を鉛直方向に通る中心線Ｌ１と受電側共鳴コイル２１の中心を鉛直方向に通る直線Ｌ２との間の距離をＤ２、受電側共鳴コイル２１の鉛直方向に対する傾きをθ（０〜90度の範囲）とする。送電側共鳴コイル１４は、受電側共鳴コイル２１と正対する位置にあるものとし、その半径はＲ２である。また、送電側共鳴コイル１４は必ず地面（平面Ｌ０）より上にあり、一端が地面に接した位置において受電側共鳴コイル２１との間隔が最短になる。
【００２２】
まず、受電側共鳴コイル２１がマンホールの首部３１の大きさ（半径Ｒ１）に納まるための設置条件として、受電側共鳴コイル２１の半径Ｒ２および傾きθと位置（Ｄ１，Ｄ２）の関係は、
Ｒ１≧Ｄ２＋Ｒ２・cosθ                   …(1) 
Ｄ１≧Ｒ２・sinθ                         …(2) 
となる。ここで、Ｒ１，Ｒ２，Ｄ１，Ｄ２が与えられ、
Ｒ１＜Ｄ２＋Ｒ２
Ｄ１＜Ｒ２
であるとき、 (1)式はθの下限値（受電側共鳴コイル２１をこれ以上横にできない角度）を決め、 (2)式はθの上限値（受電側共鳴コイル２１をこれ以上縦にできない角度）を決める。
【００２３】
次に、送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１とを結ぶ仮想円筒Ｓとマンホールの蓋３３が重ならない条件を示す。受電側共鳴コイル２１の中心線と平面Ｌ０との交点をｘとし、仮想円筒Ｓが平面Ｌ０と交わる楕円の長径の一端をｙとすると、ｘとＬ２の間隔Ｘ、ｘとｙの間隔Ｙは次式で表される。なお、２Ｙは、仮想円筒Ｓが平面Ｌ０と交わる楕円の長径である。
Ｘ＝Ｄ１・tanθ
Ｙ＝Ｒ２／cosθ
【００２４】
このとき、仮想円筒Ｓと蓋３３が重ならない条件は、蓋３３の厚さを無視すると、
Ｘ＋Ｄ２≧Ｙ＋Ｒ１
であるので、
Ｄ１・tanθ＋Ｄ２≧Ｒ２／cosθ＋Ｒ１      …(3) 
となる。
【００２５】
この (3)式は、Ｒ１，Ｒ２，Ｄ１，Ｄ２が与えられたときに、受電側共鳴コイル２１の傾きθの下限値を決める。すなわち、 (1)式および (3)式により受電側共鳴コイル２１の傾きθの下限値が決まり、 (2)式により傾きθの上限値が決まる。
【００２６】
ここで、受電側共鳴コイル２１の傾きθを固定とすれば、蓋３３の中心線Ｌ１から受電側共鳴コイル２１のずれ（オフセット）を示すＤ２が大きい値ほど、あるいは受電側共鳴コイル２１が配置される深さを示すＤ１が大きい値ほど、仮想円筒Ｓと蓋３３が重なる割合が減る。また、Ｄ１，Ｄ２を固定とすれば、受電側共鳴コイル２１の傾きθが大きい値ほど、仮想円筒Ｓと蓋３３が重なる割合が減る。
【００２７】
一方、Ｄ１が大きい値ほどθを小さい値にできるが、マンホールの首部３１の長さにもよるのでＤ１には限界がある。また、Ｄ２が大きい値ほどθを小さい値にできるが、蓋３３（≒首部３１の内径）と受電側共鳴コイル２１の直径の差にもよるのでＤ２には限界がある。また、θが大きい値になれば、送電側共鳴コイル１４が平面Ｌ０（地面）より上になるために送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１との間隔が広がり、給電または信号伝送が可能な距離を超えることもあるので、θにも限界がある。
【００２８】
送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１との間で給電または信号伝送が可能な最大距離（給電可能距離）をＤsrとしたとき、上記のように、受電側共鳴コイル２１の傾きθが大きい値になれば、地上にある送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１との間隔が広がり、給電可能距離Ｄsrを超えることになる。ここでは、受電側／送電側のコイル間隔が給電可能距離Ｄsrを超えない条件について説明する。
【００２９】
図３は、本発明の共鳴型無線電力伝送装置とマンホールの位置関係２を示す。
図３において、各パラメータＲ１，Ｒ２，Ｄ１，Ｄ２，θ，Ｘ，Ｙは、図２に示すものと同じとする。ここで、送電側共鳴コイル１４の一端を平面Ｌ０に接触させて送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１を最接近させたときに、受電側共鳴コイル２１の中心線と平面Ｌ０との交点ｘと受電側共鳴コイル２１との距離Ｖ、交点ｘと送電側共鳴コイル１４との距離Ｗは、それぞれ次式で表される。なお、送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１の厚さは無視する。
Ｖ＝Ｄ１／cosθ
Ｗ＝Ｒ２・tanθ
【００３０】
このとき、受電側／送電側のコイル間隔が給電可能距離Ｄsrを超えない条件は、
Ｄsr≧Ｖ＋Ｗ
であるので、
Ｄsr≧Ｄ１／cosθ＋Ｒ２・tanθ      …(4) 
となる。
【００３１】
この (4)式は、Ｒ２，Ｄ１，Ｄsrが与えられたときに、受電側共鳴コイル２１の傾きθの上限値を決める。すなわち、 (2)式および (4)式により受電側共鳴コイル２１の傾きθの上限値が決まる。
【００３２】
以上において、蓋３３の半径Ｒ１が固定値であり、受電側共鳴コイル２１と送電側共鳴コイル１４の半径Ｒ２および給電可能距離Ｄsrが所要の利得に対応する固定値としたとき、受電側共鳴コイル２１の位置（Ｄ１，Ｄ２）および傾きθを変数として、それぞれ許容される範囲内で (1)式〜 (4)式を満足する値を算出することになる。たとえば、Ｒ１＝40ｃｍ、Ｒ２＝30ｃｍ、Ｄsr＝ 300ｃｍとしたときに、Ｄ１＝55ｃｍ、Ｄ２＝10ｃｍ、θ＝60°とすれば、
(1)式：40＞25
(2)式：55＞26
(3)式：105.2 ＞100 
(4)式：300 ＞162 
となり、すべての条件を満たすことができる。
【００３３】
以上の説明では、マンホールの蓋３３の厚さを無視したが、マンホールの蓋３３の厚さをδとし、マンホールの蓋３３の枠の厚さをＤ３とした場合について説明する。
【００３４】
図４は、本発明の共鳴型無線電力伝送装置とマンホールの位置関係３を示す。
図４において、各パラメータＲ１，Ｒ２，Ｄ１，Ｄ２，θ，Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗは、図２および図３に示すものと同じとする。ここで、Ｘ、Ｙ、およびマンホールの蓋３３の枠が受電側共鳴コイル２１の傾きθで平面Ｌ０に射影する長さＺは、次式で表される。
Ｘ＝Ｄ１・tanθ
Ｙ＝Ｒ２／cosθ
Ｚ＝Ｄ３・tanθ
【００３５】
このとき、送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１とを結ぶ仮想円筒Ｓがマンホールの蓋３３の枠に重ならない条件は、
Ｘ＋Ｄ２＞Ｙ＋Ｚ＋Ｒ１
であるので、
Ｄ１・tanθ＋Ｄ２≧Ｒ２／cosθ＋Ｄ３・tanθ＋Ｒ１      …(3')
となる。
【００３６】
この(3')式は、Ｒ１，Ｒ２，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が与えられたときに、受電側共鳴コイル２１の傾きθの下限値を決める。すなわち、マンホールの蓋３３の枠の厚さＤ３を考慮する場合、 (1)式および(3')式により受電側共鳴コイル２１の傾きθの下限値が決まる。
【００３７】
一方、受電側／送電側のコイル間隔が給電可能距離Ｄsrを超えない条件は、マンホールの蓋３３の厚さδおよび枠の厚さＤ３は関与しないので、 (4)式で表される。ただし、受電側共鳴コイル２１がマンホールの首部３１に納まる設置条件には、蓋３３の厚さδが関与し、
Ｄ１≧Ｒ２・sinθ＋δ             …(2')
となる。すなわち、蓋３３の厚さδを考慮する場合、Ｒ１，Ｒ２，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄsr，δが与えられたときに、(2')式および(4) 式により受電側共鳴コイル２１の傾きθの上限値が決まる。
【００３８】
ところで、マンホール内に受電側装置２０の受電側共鳴コイル２１を設置するとき、Ｄ１，Ｄ２，θで決まる位置と傾きに調整することになる。ただし、受電側共鳴コイル２１はマンホールの首部３１の内径に対して相当の大きさを有しているので、蓋３３を開けるときには受電側共鳴コイル２１を含む受電側装置２０を取り外し、人の出入りを可能にする必要がある。
【００３９】
ここで、図２〜図４に示すような関係でマンホール内に設置した受電側装置２０に対して、マンホール外の送電側装置１０から給電し、その受電電力で動作する受電側装置２０から送信データとして例えば受電電力値を送信し、送電側装置１０で復元した受電電力値が大きくなるように電源周波数が共鳴周波数に近づくように調整する制御形態が考えられる。以下、送電側装置１０で受電側装置２０から送信された送信データを復元する方法について図１の構成に基づいて説明する。
【００４０】
図５は、送電側装置１０の復調部１２における電流または電圧を包絡線検波した波形を表しており、送信データの変化に連動して電流または電圧が変化するのがわかる。復調部１２はこの変化を適当なタイミングでサンプリングすることにより、受電側装置２０から送信された送信データを復元することができる。
【００４１】
ただし、送電側装置１０の電源周波数が共鳴周波数と異なる場合には、図６に示すような受信波形になる。平均受信レベル（受信電力）は、図５の場合と比較して低下するだけでなく、信号波形の振幅の変化も小さくなる。さらに、送電側装置１０の電源周波数が共鳴周波数と大きく異なる場合には、信号波形の振幅の変化が非常に小さくなり、送信データの復元が困難になる。
【００４２】
一方、送電側装置１０の復調部１２では、図７に示すように送信データの変化に応じた電流または電圧の過渡応答を観測することができる。ここで、送電側装置１０で観測される電流または電圧の過渡応答とは、送信データに応じてスイッチ２５がオンオフし、それに伴う負荷インピーダンスの変化に応じて電流または電圧の立ち上がりおよび立ち下がりの部分で波形が大きく変化する現象である。受電側装置２０の制御部２６は、送信データと過渡応答の発生の有無が対応するようにスイッチ２５を操作し、送電側装置１０の復調部１２は過渡応答の発生の有無から送信データを復元する。
【００４３】
図８は、復調部１２の構成例を示す。
図８において、復調部１２は、検波部１２１、Ａ／Ｄ変換部１２２、符号判定部１２３により構成される。検波部１２１は、受信波形、すなわち送電側装置１０における電流または電圧を検波する。この検波出力をＡ／Ｄ変換部１２２でデジタル化し、符号判定部１２３でビット判定して出力する。
【００４４】
符号判定部１２３は２つの符号判定論理をもつ。符号判定論理１では、受信波形から正の過渡応答を判定した場合に「１」を出力し、負の過渡応答を判定した場合に「０」を出力し、定常状態（過渡応答なし）を判定した場合に直前の判定結果を出力する。なお、定常状態に対する符号判定は、符号判定部１２３に接続される記憶部に直前の判定結果を記憶しておき、定常状態を判定したときに記憶部から読み出す構成でもよいし、符号判定部１２３で正または負の過渡応答を判定するまで直前の判定結果を出力する構成でもよい。
【００４５】
この符号判定部１２３に対応する受電側装置２０の制御部２６は、送信データにそのまま対応するようにスイッチ２５を操作する。すなわち、送信データが１であればスイッチ２５をオンとし、送信データが０であればスイッチ２５をオフとする。符号判定部１２３は、送信データが反転して過渡応答が生じるタイミングでビットを判定し、過渡応答が生じなかったタイミングでは過渡応答が生じた直前のビットと同じビットを出力し、送信データを復元する。
【００４６】
このような過渡応答の有無を検出することにより、送電側装置１０の電源周波数が共鳴周波数から多少ずれていても、送電側装置１０で受電側装置２０から送信された送信データを復元できる。
【００４７】
したがって、受電側装置２０において、受電電力の低下から共鳴周波数に対する送電側装置１０の電源周波数のずれを検知した場合には、制御部２６で対応する制御信号を生成してスイッチ２５を上記のパターンで操作することにより、送電側装置１０の復調部１２でその制御信号を復元し、共鳴周波数に対する送電側装置１０の電源周波数のずれを通知することができる。ただし、受電側装置２０では、共鳴周波数に対する送電側装置１０の電源周波数のずれの方向や量までわからないので、制御信号として例えば受電電力値を送信する。送電側装置１０の復調部１２は制御信号から受電電力値を読み取り、それが規定の受電電力値に満たない場合に、周波数調整部１５を介して電源１１の電源周波数を調整する。このとき、電源周波数のシフトに対する受電電力値の変化から、電源周波数のシフト方向およびシフト量をフィードバック制御することにより、電源周波数が共鳴周波数に近づくように調整することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  送電側装置
１１  電源
１２  復調部
１２１  検波部
１２２  Ａ／Ｄ変換部
１２３  符号判定部
１３  送電側コイル
１４  送電側共鳴コイル
１５  周波数調整部
２０  受電側装置
２１  受電側共鳴コイル
２２  受電側コイル
２３  負荷
２４  抵抗
２５  スイッチ
２６  制御部
３１  マンホールの首部
３２  マンホール本体
３３  蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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